اكتشاف سرب من الثقوب السوداء في مجموعة نجوم درب التبانة القديمة

حقق علماء الفلك اكتشافًا رائدًا: سرب من أكثر من 100 ثقب أسود ذو كتلة نجمية يعبر درب التبانة داخل العنقود النجمي المعروف باسم بالومار 5.

تقع هذه المجموعة الاستثنائية تقريبًا 80.000 سنة ضوئية من الأرض، ويمتد عبر 30.000 سنة ضوئية ويحتوي على بعض من أقدم النجوم في المجرة. يعتقد الباحثون أن الثقوب السوداء في بالومار 5 لعبت دورًا حاسمًا في تشكيل البنية المميزة للعنقود، مما يوفر رؤى جديدة لديناميكيات المجرة. مجموعات كروية و تشكيل الثقوب السوداء.

بالومار 5: نافذة على الكون المبكر

بالومار 5 هو نوع من كتلة كرويةوهي عبارة عن مجموعة كروية من النجوم مرتبطة بإحكام بالجاذبية. غالبا ما تسمى هذه المجموعات “الحفريات” من الكون المبكر لأنها تحتوي على نجوم قديمة تشكلت من نفس السحابة الغازية منذ مليارات السنين. يعد Palomar 5 فريدًا من حيث أنه لا يعرض توزيعًا واسعًا وفضفاضًا للنجوم فحسب، بل أيضًا تيار المد والجزر الطويل– نهر من النجوم يمتد أكثر من 30 ألف سنة ضوئية من قلب العنقود.

ما يجعل بالومار 5 مثيرًا للاهتمام بشكل خاص لعلماء الفلك هو كثافته المنخفضة نسبيًا مقارنة بالعناقيد الكروية الأخرى. معظم العناقيد الكروية مكتظة بالنجوم، لكن التوزيع الواسع والمتناثر لبالومار 5 يشير إلى أن القوة قد جردت الكثير من مادتها النجمية بمرور الوقت. وهذا دفع العلماء إلى دراسة ما إذا كان الثقوب السوداء يمكن أن يكون مسؤولاً عن فقدان النجوم وتشكيل تيار المد والجزر في العنقود.

عالم فيزياء فلكية مارك جيليس التابع جامعة برشلونة وسلط الضوء على أهمية بالومار 5 في فهم تشكيل تيارات المد والجزر. “بالومار 5 هو الحالة الوحيدة [where a globular cluster and tidal stream coexist]مما يجعله حجر رشيد لفهم تكوين المجاري المائية ولهذا السبب قمنا بدراسته بالتفصيل. وقال جيليس مؤكدا على أهمية العنقود في كشف الألغاز الكامنة وراء تكوين هذه التدفقات.

مجموعة مذهلة من الثقوب السوداء

باستخدام التفاصيل محاكاة الجسم Nقام فريق البحث بإعادة إنشاء مدارات و التطورات النجوم من بالومار 5 لفهم كيف وصل العنقود إلى حالته الحالية. تضمنت عمليات المحاكاة الخاصة بهم الثقوب السوداء، لأن الأدلة تشير إلى احتمال وجود مجموعات من الثقوب السوداء في الكون المناطق الوسطى مجموعات كروية. ومن المعروف أن الثقوب السوداء، بما تتمتع به من جاذبية هائلة، تتفاعل مع النجوم القريبة، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى طردها من العنقود إلى تيار المد والجزر المحيط بها.

ولدهشتهم، اكتشف الباحثون أن بالومار 5 من المحتمل أن يحتوي على عدد أكبر بكثير من الثقوب السوداء مما كان متوقعًا في البداية. وأضاف: “عدد الثقوب السوداء أعلى بنحو ثلاثة أضعاف من المتوقع من عدد النجوم في العنقود، وهذا يعني أن أكثر من 20 بالمئة من الكتلة الإجمالية للعنق هي ثقوب سوداء”. وأوضح جيليس. ويقدر أن كل ثقب من هذه الثقوب السوداء يحتوي على ما يقرب من 20 مرة كتلة الشمستشكلت من انهيار النجوم الضخمة في انفجارات السوبرنوفا منذ مليارات السنين.

تشير عمليات المحاكاة إلى أن تفاعلات الجاذبية بين هذه الثقوب السوداء والنجوم المحيطة بها، يتم إخراج النجوم من العنقود إلى الفضاء الخارجي تيار المد والجزرتغيير التوازن بين النجوم والثقوب السوداء. ومع هروب النجوم من العنقود بكفاءة أكبر من الثقوب السوداء، زادت نسبة الثقوب السوداء بمرور الوقت، مما أدى في النهاية إلى البنية غير العادية التي نلاحظها اليوم.

مصير بالومار 5: مستقبل تهيمن عليه الثقوب السوداء

تشير الأبحاث إلى أن بالومار 5 على وشك الذوبان. وعلى مدى مليار سنة القادمة، سيستمر العنقود في فقدان النجوم حتى يتفكك تمامًا. وبينما تتكشف هذه العملية، فإن ما تبقى من العنقود سوف تصبح أكثر هيمنة من قبل الثقوب السوداء. “في غضون مليار سنة تقريبًا، سوف يذوب العنقود تمامًا” قال جيليس. “قبل أن يحدث ذلك مباشرة، فإن ما تبقى من العنقود سيتكون بالكامل من الثقوب السوداء، التي تدور حول مركز المجرة. »

هذه العملية الحل لا يقتصر اختفاء هذه النجوم على بالومار 5. وتشير النتائج إلى أن العناقيد الكروية الأخرى في درب التبانة يمكن أن تواجه مصيرًا مشابهًا، حيث تتخلص من نجومها تدريجيًا وتهيمن عليها الثقوب السوداء مع مرور الوقت. ومع ذوبان هذه العناقيد، ستبقى ثقوبها السوداء وراءها، مما يساهم في تزايد عدد سكانها الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية في هالة المجرةالمنطقة المحيطة بقلب مجرة ​​درب التبانة.

إن وجود الكثير من الثقوب السوداء في بالومار 5 له أيضًا آثار على دراسة الكون اندماج الثقب الأسود الثنائي. فابيو أنتونينيعالم فيزياء فلكية من جامعة كارديفملحوظة، “يُعتقد أن جزءًا كبيرًا من عمليات اندماج الثقوب السوداء الثنائية تتشكل في مجموعات النجوم. » هذه الاندماجات هي المسؤولة عن إنتاج المواد القابلة للاكتشاف موجات الجاذبيةويمكن للمجموعات الكروية مثل بالومار 5 أن تكون بمثابة أرض خصبة لهذه الأحداث. “الأمر المجهول الكبير في هذا السيناريو هو عدد الثقوب السوداء الموجودة في العناقيد، وهو أمر يصعب تقييده بالمراقبة لأننا لا نستطيع رؤية الثقوب السوداء”. يوضح أنتونيني: دراسة العناقيد مثل بالومار 5 يمكن أن توفر طرقًا جديدة لتقدير عدد الثقوب السوداء داخل هذه العناقيد بناءً على النجوم التي تقذفها.

آثار أوسع على أبحاث الثقب الأسود

اكتشاف هذا سرب الثقب الأسود في بالومار 5 يضيف إلى الأدلة المتزايدة على ذلك مجموعات كروية هي بيئات مواتية لتكوين وتطور الثقوب السوداء. يمكن للثقوب السوداء الموجودة في هذه العناقيد أن تتفاعل مع بعضها البعض، لتشكل أنظمة ثنائية يمكن أن تتصادم وتندمج في النهاية، منتجة رشقات نارية قوية من موجات الجاذبية التي يمكن اكتشافها بواسطة أدوات مثل ليغو و بِكر.

بالإضافة إلى ذلك، يوفر هذا البحث نظرة ثاقبة لفئة من الثقوب السوداء متوسطة الكتلة– الثقوب السوداء ذات كتلة أكبر من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية ولكنها أقل كتلة منها الثقوب السوداء الهائلةيُعتقد أن هذه الثقوب السوداء متوسطة الكتلة تتشكل في بيئات كثيفة مثل العناقيد الكروية، ويمكن أن توفر مجموعة الثقب الأسود في بالومار 5 فرصًا جديدة لدراسة هذه الأجسام.

باختصار، تم الكشف عن أ سرب الثقب الأسود قدمت ملاحظات بالومار 5 فهمًا أفضل لديناميكيات العناقيد الكروية ودور الثقوب السوداء في تطورها. ومع استمرار تطور هذا العنقود، فإنه سيوفر فرصًا جديدة لدراسة التفاعلات المعقدة بين النجوم والثقوب السوداء، مما يلقي الضوء على مستقبل هذه الأنظمة النجمية القديمة.